Abstract The porosity of carbon materials can be tuned by controlling the template removal strategies in silica/carbon composites. In this study, chitosan was used as precursor for carbon, and SiO2 nanoparticles were selected as the template for mesopores. The spray drying technique was adopted for the fabrication of silica/chitosan microspheres. Porous carbon with hierarchical macro/meso/micro pores was obtained through a facile one-pot high temperature treatment, in which the pyrolysis of the chitosan precursor, removal of the silica template, and introduction of macropores coordinatively occur using PTFE (polytetrafluoroethylene) binder as a silica etchant and also as a macropore director. This approach not only simplifies the fabrication processes but also yields regular honeycomb-like carbon with macro/meso/micro-sized hierarchical pore structure with high specific surface areas up to 1011 m2 g−1. A supercapacitor assembled with porous carbon as the electrode exhibited a high specific capacitance of 250.5 F g−1 at a current density of 0.5 A g−1 using 6 mol L−1 KOH as the electrolyte in a three-electrode system. The supercapacitor also delivered excellent cycling stability with an enhancement of capacity up to 107% over 5000 cycles at a high current density of 10 A g−1.

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具有分级孔隙率的碳材料：模板去除策略的影响及其电化学性能研究

摘要 碳材料的孔隙率可以通过控制二氧化硅/碳复合材料中的模板去除策略来调节。在本研究中，壳聚糖被用作碳的前驱体，SiO2 纳米颗粒被选为介孔的模板。采用喷雾干燥技术制备二氧化硅/壳聚糖微球。通过简单的一锅高温处理获得具有大孔/中孔/微孔分级的多孔碳，其中壳聚糖前驱体的热解、二氧化硅模板的去除和大孔的引入以PTFE（聚四氟乙烯）粘合剂作为粘合剂协同发生。二氧化硅蚀刻剂，也可作为大孔导向器。这种方法不仅简化了制造过程，而且产生了具有宏观/中观/微观尺寸分级孔结构的规则蜂窝状碳，具有高达 1011 m2 g-1 的高比表面积。以多孔碳为电极组装的超级电容器在三电极系统中使用 6 mol L-1 KOH 作为电解质，在 0.5 A g-1 的电流密度下表现出 250.5 F g-1 的高比电容。超级电容器还提供了出色的循环稳定性，在 10 A g-1 的高电流密度下，在 5000 次循环中容量提高了 107%。5 A g-1 使用 6 mol L-1 KOH 作为三电极系统中的电解质。超级电容器还提供了出色的循环稳定性，在 10 A g-1 的高电流密度下，在 5000 次循环中容量提高了 107%。5 A g-1 使用 6 mol L-1 KOH 作为三电极系统中的电解质。超级电容器还提供了出色的循环稳定性，在 10 A g-1 的高电流密度下，在 5000 次循环中容量提高了 107%。